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May 12, 2023

明らかに健康な男性における最大増分ランニングプロトコル中の心肺反応とVO2に対する布製フェイスマスクの影響

Rapporti scientifici Volume 12,

Scientific Reports volume 12、記事番号: 22292 (2022) この記事を引用

969 アクセス

2 オルトメトリック

メトリクスの詳細

私たちは、布製フェイスマスクの着用が、心肺反応、ピーク酸素摂取量 (Vo2)、呼吸筋の努力、および漸進的な運動中の運動耐性に及ぼす影響を判断することを目的としました。 この研究はランダム化されたクロスオーバーデザインを採用しました。11人の一見健康な若い男性が、布製フェイスマスクを着用した状態（CFM）とCFMを使用していない状態（CON）の2つの条件で、ブルースプロトコルのトレッドミルテストをランダムな順序で実施しました。 分時換気量と酸素摂取量は、質量分析代謝分析装置を使用して測定されました。 心拍出量 (CO) は、インピーダンス CO モニターを使用して測定されました。 呼吸筋の努力を評価するために、口圧 (Pm) が測定され、積分 Pm として計算されました。 最大分時換気量は、CON 条件よりも CFM 条件の方が 13.4 ± 10.7% 低かった (P < 0.001)。 ピーク Vo2 (CFM および CON でそれぞれ 52.4 ± 5.6 および 55.0 ± 5.1 mL/kg/min) と CO は、2 つの条件間で有意な差はありませんでした。 ただし、Pm の積分値は有意に高く (P = 0.02)、疲労までの走行時間は CFM 条件の方が CON 条件よりも 2.6 ± 3.2% 低かった (P = 0.02)。 私たちの結果は、布製フェイスマスクを着用すると、健康な若い男性の呼吸筋努力が増加し、換気量が減少することを示唆しています。 ただし、Vo2は変化しませんでした。 運動耐性も若干低下しました。

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）は、主に呼吸、咳、くしゃみ時の飛沫への曝露によって広がります。 そのため、世界保健機関（WHO）は、新型コロナウイルス感染症の感染を防ぐために、鼻と口を覆うフェイスマスクの着用を推奨しています1,2。 運動中は激しい呼吸が伴うため、飛沫の拡散がさらに大きくなります3,4。 したがって、WHOは休息中および運動中に社会的距離（> 1 m）を確保することを推奨しました。 ただし、激しい身体活動中にフェイスマスクを着用することはお勧めできません1。

いくつかの研究で、N95 マスクとサージカルマスクの影響が調査されています5、6、7、8、9、10、11、12。 運動中にサージカルマスクや N95 マスクを着用すると、不快感が増し、運動耐性が低下する可能性があることが指摘されています 7、8、9。 逆に、一部の研究では、サージカルマスクの着用は呼吸困難、肺ガス交換、または運動パフォーマンスに影響を及ぼさなかったと報告しています10、11、12。 運動中の生理学的反応に対するフェイスマスクの着用の主な影響には、呼吸抵抗と死腔の増加が含まれ、その結果、低酸素と二酸化炭素の再呼吸によるガス交換障害が生じます13,14。 フェイスマスクを着用すると通気抵抗が増加し、肺換気量が低下します5、6。 激しい運動中の不適切な過換気は、動脈血酸素ヘモグロビン飽和度 (SaO2) の低下につながる可能性があります 15。 2 つの研究で、サージカルマスクの使用により最大酸素摂取量 (Vo2max) が低下し、それによって運動耐性が低下することが報告されています 6,8。

さらに、高強度の運動中の最高分時換気量 (VE) は呼吸仕事量 (Wb) を増加させ、その結果、呼吸筋への血流が優先され、その結果、活動している筋肉への血流が損なわれ、結果的に運動量が制限される可能性があります。運動耐性18. フェイスマスクの空気流が一定であるとフィルターの流れ抵抗がわずかに増加するため、高強度の運動中であっても抵抗 Wb は増加しないと考えられています14。 しかし、人間は一定の流量で呼吸をしているわけではありません。 したがって、激しい運動中の Wb は、フェイスマスクを着用しているときの方が大きくなる可能性があります。 したがって、運動中にフェイスマスクを着用することが生理学的に不利になるのか、それとも健康上のリスクがあるのか​​については、興味深いが議論の余地がある。

N95 マスクは医療専門家によって職場で一般的に使用されており、スポーツ活動で使用される可能性はほとんどありません。 スポーツ活動中にサージカルマスクが使用されることがあります1。 しかし最近では、運動時に使用することを目的とした布製マスクも販売されています。 布製フェイスマスクは、サージカルマスクや N9514 よりも通気抵抗が低いと予想されます。 したがって、布製フェイスマスクの着用は、運動中の心肺反応や呼吸筋活動に実質的な影響を及ぼさないという仮説を立てました。 しかし、酸素摂取量（Vo2）、ひいては運動耐容能に対するその影響は依然として不明である。 したがって、この研究の主な目的は、運動中に布製フェイスマスクを着用することが増分ランニング中の心肺反応に及ぼす影響を調べることであり、第二の目的は、運動中の口圧とVo2を調べることでした。

本研究はヘルシンキ宣言に基づき実施され、倫理、人権、個人情報保護に配慮した実験が行われました。 本研究は大阪教育大学倫理委員会の承認を得た（承認番号：21051）。 すべての参加者は、この研究に参加する前に書面によるインフォームドコンセントに署名しました。

研究の参加者には、キャンパス内で体育を学ぶ大学生も含まれていました。 したがって、彼らは身体的に活動的でした。 参加基準は次のとおりです。参加者は 18 歳以上で、実験を十分に理解し、参加することに書面による同意を与えました。 学内で呼びかけて参加者を募った結果、参加者は若かった。 除外基準は、心臓病の病歴、現在の不整脈、胸痛、運動痛、呼吸器疾患の病歴でした。 説明会には40名が参加しました。 研究を開始する前に、目的と潜在的なリスクについて慎重に説明されました。 その後、自発的に参加した 16 人の参加者が、身体活動準備アンケート 19 を使用して、呼吸器疾患および心血管疾患の病歴に関する質問に回答しました。 参加者は全員非喫煙者で、病歴もありませんでした。 サンプルサイズは、以前の研究に基づいて、布製フェイスマスクの有無で VO2peak が 32.2 ± 9.0 および 43.9 ± 8.1 mL/kg/min に相当すると仮定して、G*power 3.1 を使用して計算されました20。有意水準は 5%、有意水準は 90 でした。 ％ 力。 したがって、8 人の参加者が必要になると見積もられました。

この目標に向けて、11 人の健康な若い男性が、布製フェイスマスクを使用した場合と使用しない場合で、疲労するまで漸増負荷のトレッドミル走行テストを受けました。 この研究では、ランダム化クロスオーバー設計が採用されました。 参加者全員は、布製フェイスマスクあり (CFM) とマスクなし (CON) の 2 つの条件下で、疲労するまで増分トレッドミル負荷ランニング テストをランダムな順序で受けました。 各テストは、別々の日に、ランダムな順序で、少なくとも 48 時間の間隔をあけて実施されました。 日ごとの変動を最小限に抑えるために、両方のテスト条件を各参加者に対して 2 時間の時差以内で 1 日の同じ時間に実施しました。 参加者は実験手順について説明を受け、研究の1週間前にテストプロトコルを実践して、機器と運動プロトコルに慣れました。 慣れた後、参加者はランダムに 2 つのグループに分けられ、最初の走行テストを受けました。 2回目の試験は1回目とは異なる条件で実施しました（図1）。 参加者には、テスト前の24時間はカフェインやアルコールを摂取しないこと、激しい運動をしないことが指示された。 試験当日、参加者は身長と体重を測定され、自主的にストレッチ運動を行いました。 次に、トレッドミル上を歩くことによって 3 分間のウォームアップを実行しました (傾斜 0%、時速 3.0 km)。 ウォームアップの後、参加者は、呼気ガス分析のためにパイプを介して質量分析計のセンサーに接続された一方向呼気マスク (601M、ARCO、千葉、日本) を取り付けました。 心拍出量 (CO) を測定するために、6 つの ECG 電極 (Vitorode M-150、日本光電、東京、日本) が取り付けられました。 転倒を防ぐために、参加者は上半身にハーネスを装着しました。 その後テストが開始され、参加者は安静時値を測定するために運動を開始する前に 3 分間休む必要がありました。 実験は10月に実施されました。 室温はエアコンを使用して制御されました。 それにもかかわらず、大学の新型コロナウイルス感染症予防ガイドラインに従って部屋の窓を開ける必要がありました。 室温はすべてのテストで 25.0 ± 0.5 °C でした。

CONSORTのフロー図。 この図は、2 つの条件の試験で何人の人がスクリーニングされ、完了したかを示しています。

CFM 条件では、布製フェイスマスク (DESCENTE Athletic Mask、DESCENTE、大阪、日本) を使用しました (外側裏地: 100% ポリエステル、内側裏地: 98% ポリエステル、2% ポリウレタン)。 Rizki と Kurniawan21 は、布製フェイスマスクは空気をある程度濾過でき、ポリエステル布製フェイスマスクが最も効率的な濾過を提供すると報告しました。 したがって、この研究で使用された布製フェイスマスクは、飛沫の飛散をある程度防ぐことが期待されました。 フェイスマスクを装着した後、ガス分析用の呼気マスクをその上に置き、ガス漏れを防ぐためにストラップで固定した。 テストを開始する前に、参加者は口内圧が 50 cmH2O になるまで呼気努力を続け、ガス漏れがないか確認しました。 呼気マスク（601M、ARCO、千葉県）に接続されたガスパイプ出口を手で閉じることによって陽圧を生成しました。 音漏れ、官能検査、目視検査（マスクが浮き上がっていないか、横から空気が流れていないかなど）により漏れがないか入念にチェックしました。

ブルース トレッドミル プロトコル 22 を段階的負荷運動テストに使用しました。 ブルースプロトコルを採用したのは、いくつかの以前の研究 6、8、20、23 がトレッドミル運動テストにブルースプロトコルを使用していたためです。 トレッドミルの速度と傾斜は、運動開始後疲労に達するまで 3 分ごとに増加しました (表 1)。 疲労の基準は、参加者が走行速度を維持できなくなり、0.8 m 以上低下した時点でした。 参加者は演習中に口頭で励ましを受けました。

呼吸反応と代謝反応は、シリコンパイプを介して呼気マスクに接続された質量分析計（ARCO-2000N、ARCO、千葉、日本）を使用して呼気ガスを分析することにより、運動中に継続的に測定されました。 最大酸素摂取量 (Vo2)、二酸化炭素排出量 (Vco2)、一回換気量 (VT)、呼吸数 (fR)、分時換気量 (VE)、肺胞換気量 (VA)、VE /Vo2、VE /Vco2、および呼気終末Co2 (PETCO2) の分圧を測定しました。 質量分析計は 2 つのガス (周囲空気相当量 O2、20.93%、CO2、0.05%、N2、バランス、呼気ガス相当量 O2、13.0%、CO2、5.01%、N2、バランス) を使用して校正されました。 Vo2 が最大値に達することを保証するために、参加者は次の基準のうち少なくとも 3 つを満たしました: (1) 呼吸交換比 ≥ 1.10 (試験の 43%)、(2) 心拍数 (HR) が心拍数の 90% に達している。年齢予測最大心拍数 (220 歳) (試験の 100%)、(3) 知覚労作速度 (RPE) > 16 (試験の 100%)、(4) 参加者が運動を継続できなかった(トライアルの 100%)。 (5) Vo2 プラトー：Vo2 プラトーは、30 秒データを使用した外挿 Vo2 時間線形回帰からの偏差でした（実際の値は外挿値から < 400 mL/min でした）24（試験の 50%）。 すべてのパラメータは分析のために 60 秒ごとに平均されました。

心臓反応は、インピーダンス CO モニター (PhysioFlow Q-Link、Mantec Biomedical、パリ、フランス) を使用して測定されました。 心拍数、一回拍出量 (SV)、CO は心拍ごとに計算され、分析のために 60 秒ごとに平均されました。

口の圧力は、カテーテル先端圧力トランスデューサー (MicroSensor Basic Kit、Codman & Shurtleff, Inc.、MA、USA) を固定することによって測定されました。 カテーテルをプラスチックチューブ（直径4mm、長さ250mm）で覆い、マスクがカテーテル先端のセンサー部に接触しないように鼻背から鼻尖までサージカルテープで固定した。 フェイスマスクおよび呼気マスクを着用した際、先端が皮膚やマスクに触れないことを確認しました。 カテーテル先端圧力トランスデューサは、実験前に温水（37 °C）を満たした遮光パイプにカテーテルを深さ 0 ～ 60 cm 浸すことで校正し、校正信号を取得しました。 口圧は、ラップトップ（Dynabook EX/55、東芝、東京、日本）で AD コンバーター（PowerLab 8a/d、AD Instruments、シドニー、オーストラリア）を介して 200 Hz のサンプリング周波数で記録され、波形解析ソフトウェアを使用して分析されました。 (ラボ チャート ver. 7、AD インストルメント、シドニー、オーストラリア)。 得られた口圧データから絶対値を積分し、∫Pmとした。

SaO2 は、額に置かれたパルスオキシメーター (SpO2) (N-560、Covidien Med、アイルランド、ダブリン) を使用して測定され、毎分記録されました。

RPE は Borg スケール 25 を使用して測定され、呼吸困難は修正 Borg スケール 26 を使用して参加者に 1 分ごとに質問することで測定されました。

この研究で得られたすべての変数は、平均 ± 標準偏差として表示されます。 すべての統計分析は、SPSS 28 for Mac (IBM、ニューヨーク州、米国) を使用して実行されました。 正規性は Shapiro-Wilk 検定を使用して検定されました。 対応のある t 検定を使用して、最大運動強度 (Vo2peak、Vco2peak、VT、fR、VE、VA、VE/Vo2、VE/Vco2、PETco2、SV、HR、CO、∫Pm、 SpO2) と疲労までの時間。 ペアワイズ検定における効果量にはコーエンの d (d) を使用し、効果量が 0.2、0.5、0.8 を超えるものをそれぞれ小、中、大と判定しました。 Vo2、Vco2、VT、fR、VE、VA、VE/Vo2、VE/Vco2、PETco2、SV の各ステージの直前の平均値には、二元配置分散分析 (ステージ × マスク) の繰り返し測定が使用されました。 、HR、CO、∫Pm、SpO2、RPE、呼吸困難。 ボンフェローニ法を使用して多重比較を調整しました。 効果量についてはηp2を用いて分散分析を行い、効果量が0.01、0.06の場合を小、中、0.14を超える場合を大と判定した。 有意水準は 5% に設定しました。

本研究はヘルシンキ宣言に基づき実施され、倫理、人権、個人情報保護に配慮した実験が行われました。 本研究は大阪教育大学倫理委員会の承認を得た（承認番号：21051）。 参加者は、この研究に参加する前に書面によるインフォームドコンセントに署名しました。

実験開始後、参加者 3 名が日常生活で負傷し、2 名が予期せぬ理由により実験に時間が取れなくなった。 最終的に、11 人の参加者がテストを完了しました [平均年齢: 21.3 ± 2.0 歳、平均身長: 175.3 ± 5.9 cm、平均体重: 68.4 ± 3.4 kg]。

実験を完了したが口圧の測定に失敗した参加者 11 人のうち 2 人は、口圧の絶対値の積分値 (∫Pm) の分析から除外されました。

表 2 は、増分トレッドミル走行テストの最大値の変数を示しています。 CFM 条件と CON 条件の間の VO2peak に有意差は観察されませんでした (CFM 条件と CON 条件でそれぞれ 52.4 ± 5.8 および 55.0 ± 5.1 mL/kg/min、P = 0.21)。 ただし、CFM 条件では VO2peak の減少幅は 4.4 ± 11.4% でした。 VEpeak は、CON 条件よりも CFM の方が 13.4 ± 10.7% 低かった (P = 0.002、d = 1.24)。 一回換気量 (VT) は、CFM 条件と CON 条件の間で有意な差はありませんでした。 それにもかかわらず、呼吸頻度（fR）は、CON 条件よりも CFM 条件の方が 6.9 ± 11.2% 低かった（P = 0.04、d = 0.61）。 肺胞換気量 (VA) も、CFM 条件では CON 条件よりも 13.4 ± 11.0% 低かった (P < 0.003、d = 1.19)。 VE/VO2 および VE/VCO2 は、CON 条件よりも CFM 条件の方が有意に低かった (それぞれ P < 0.001、d = 1.69; P < 0.001、d = 1.86)。 二酸化炭素の呼気終末分圧（PETco2）は、CON 条件よりも CFM 条件の方が有意に高かった（P < 0.004、d = 1.13）。 ただし、SpO2 は CFM 条件と CON 条件の間で有意な差はありませんでした。 CFM 条件と CON 条件の間で心臓変数に有意な差はありませんでした。 ∫Pm は、CON 条件よりも CFM 条件の方が 20.7 ± 22.6% 高かった (P = 0.02、d = 0.95)。 さらに、疲労までの時間は、CON 条件と比較して CFM 条件で 2.6 ± 3.2% 減少しました (P = 0.02、d = 0.40)。

表 3 は、増分トレッドミル テスト中の各段階の変数を示しています。 Vo2 (P = 0.14、ηp2 = 0.20) と二酸化炭素排出量 (Vco2) (P = 0.09、ηp2 = 0.25) には有意な相互作用はありませんでした。 ただし、Vco2 に対するマスク係数には重要な主効果がありました (P = 0.04、ηp2 = 0.24)。 VE では有意な相互作用が観察されました (P = 0.01、ηp2 = 0.47) (図 2)。 呼吸パターンに関しては、VT は CFM 条件で有意な主効果を示さなかったが（P = 0.32、ηp2 = 0.09）、fR は CFM 条件で有意な主効果を示した（P < 0.001、ηp2 = 0.67）。 VA も有意な相互作用を示しました (P = 0.01、ηp2 = 0.01)。 第 3 段階まで、CFM 条件では CON 条件よりも∫Pm (P = 0.01、ηp2 = 0.51) で有意に大きな相互作用がありました (図 2)。 ただし、ピーク吸気口圧 (PIpeak) とピーク呼気口圧 (PEpeak) の両方に有意な相互作用はありませんでした (P = 0.19、ηp2 = 0.20 および P = 0.05、ηp2 = 0.41)。 SpO2 に関しては、ステージ因子に有意な主効果があり、強度依存的に徐々に減少しました (P < 0.001、ηp2 = 0.81)。 ただし、マスク係数には大きな影響はありませんでした。 さらに、マスク因子の心臓反応には影響がありませんでした。

増分ランニングテスト中の分単位の換気と呼吸努力。 データは、分時換気量 (VE、上のパネル) と口圧の分時積分値 (∫pm、下のパネル) を示します。 黒丸は布製フェイスマスク (CFM) 状態を表します。 白丸はマスクされていない制御 (CON) 状態を示します。 VE (P = 0.01、pη2 = 0.47) と ∫pm (P = 0.01、pη2 = 0.51) の両方に有意な相互作用 (マスク × ステージ) がありました。 *、P < 0.05、事後テストにおける FM 条件と CON 条件の間。

RPE と呼吸困難は 2 つの条件間で有意な差はありませんでした (それぞれ P = 0.14、ηp2 = 0.19 および P = 0.06、ηp2 = 0.30) (図 3)。

インクリメンタルランニングテスト中のRPEと呼吸困難。 データは、RPE [6 ～ 20 スケール] (上のパネル) および呼吸困難 [1 ～ 10 スケール] (下のパネル) を示しています。 黒丸は布製フェイスマスク (CFM) 状態を表します。 白丸はマスクされていない制御 (CON) 状態を示します。 RPE (P = 0.09、ηp2 = 0.25) または呼吸困難 (P = 0.20、ηp2 = 0.15) のいずれに対しても、マスク係数の有意な主効果はありませんでした。 RPE と呼吸困難は Unmask 条件よりも FM 条件の方が高くなる傾向がありましたが、その差は有意ではありませんでした (P = 0.14、ηp2 = 0.19、P = 0.06、ηp2 = 0.30)。

フェイスマスク着用時の通気抵抗の増大は、運動中の生理学的反応に影響を与える重要な要素と考えられます。 布製フェイスマスクはサージカルマスクより通気抵抗が低い14。 したがって、本研究の焦点は、スポーツで使用されるような布製フェイスマスクを着用した状態での運動中の心肺反応と呼吸努力を調べることでした。 私たちの新たな発見は、布製フェイスマスクを使用すると運動時肺換気量が減少する一方、抵抗性呼吸筋仕事量が増加するということでした。 さらに、中枢循環系は影響を受けませんでした。 SpO2 および VO2peak も、CON 条件と比較して CFM 条件では低下しませんでした。 さらに、布製フェイスマスクは運動耐性にわずかに重大な悪影響を及ぼしました。 したがって、健康な若い男性の薄い布マスクは呼吸反応に影響を与えるものの、運動耐容能はわずかに低下するものの、SpO2 や Vo2 の低下は誘発しないと結論付けることができます。

以前の研究では、サージカルマスクを使用した増分ランニングテスト中の VE の大幅な減少が報告されています 5、6、8、23。 VE の結果は以前の研究の結果と一致しています。 参加者の間では、布製フェイスマスクを使用した場合の VE の低下が第 3 段階よりも顕著でした。 高い VE で気流が多いときは、気道と口内の乱流がより蔓延し、その結果、流れ抵抗が増加します。これが VE27 の制限要因となります。 この研究では、中程度の強度を超える運動中の PIpeak と PEpeak は、CON 条件よりも CFM 条件の方が 2 ～ 3 cmH2O 大きかった。 ただし、有意ではありませんでした (PIpeak では P = 0.19、PEpeak では P = 0.05)。 さらに、∫Pm は第 3 段階以降で有意に高くなっています。 CFM 状態で PETco2 が高いと、たとえわずかな上昇であっても、化学反射による過換気要求が生じるはずです 28。 したがって、布製フェイスマスクの着用は、二酸化炭素の再呼吸による高い換気要求にもかかわらず、気流抵抗の増加によりVEを抑制すると予測します。

これまでの研究では、サージカルマスクを使用した場合でも SpO2 の低下は観察されていません 11、13、29。 不適切な肺過換気は肺胞ガス交換を損ない、潜在的に SaO215,30,31 の減少に寄与します。 ただし、これは参加者全員に当てはまるわけではありません。 たとえば、トレーニングを受けていない人では、フェイスマスクなしでも激しい運動中に SaO2 が維持され、肺換気量は正常な肺のガ​​ス交換に影響を与えません 30。 対照的に、運動誘発性動脈性低酸素血症（EIAH）を経験している人では、VE の高さが SaO215 に影響を与える可能性があります。 さらに、そのような人は低酸素ガス呼吸により SpO2 と Vo2max がより大きく減少します 32。 これらは、酸素分圧に対する過換気反応の重要性が、EIAH 患者においてより顕著であることを示しています 15,31,32。 私たちの参加者は、最大の運動時に 93% の SpO2 を示しましたが、これは最初の段階 (99%) よりも低かったです。 この SpO2 の 6% 減少が軽度の EIAH を引き起こしたと考えられました。 したがって、EIAH 患者におけるフェイスマスク着用の影響はかなり大きいと予想できました。 VEは20%減少し、VAも大幅に減少しました。 ただし、布製フェイスマスクを着用しても、SpO2 のさらなる低下は誘発されませんでした。 布製フェイスマスク着用時の VE の減少は fR の減少と関連していましたが、VT は維持されました。 この研究では、運動中の肺容積は測定されませんでした。 しかし、布製フェイスマスクで VT を維持しても、死腔対 VT 比や呼気終末肺容積は変化しないため、ガス交換への影響は少ないと推測されました 33。

私たちは、中枢循環反応に対する布製フェイスマスクの着用の影響を明らかにすることを目的としました。 呼吸抵抗が増加し、呼吸筋の仕事量が約 1.5 倍増加したにもかかわらず、全身の血流、ひいては CO は変化しませんでした17。 この研究では、推定呼吸筋仕事量は約 20% 増加しましたが、CO は CFM 条件と CON 条件の間で差がありませんでした。これは、サージカルマスクと N95 マスクを比較した以前の研究と一致しています7。 サージカルマスクは最大以下の運動中に HR を増加させます 5 が、高強度の運動中に HR に差は報告されていません。 ただし、私たちの研究では、両方の条件下で増分運動中の HR、SV、CO に差はありませんでした。 マスク着用時に中心循環負荷は高くならず、相対的な生理強度には影響がなかったことが示唆された。

Deriver ら 20 は、布製フェイスマスクを使用して運動すると Vo2peak が減少することを報告しました。 Umutlu ら 6 も、サージカルマスクを使用して運動すると Vo2peak が減少することを報告しました。 以前の研究における Vo2peak の減少は SpO2 の減少とは関連していませんでした。 さらに、私たちの参加者では、布製フェイスマスクを着用していても、SpO2 は維持され、最大ランニング時でも CO は影響を受けませんでした。 これは、酸素供給が維持され、その結果、布製フェイスマスクの有無で Vo2peak に大きな差がなかったことを意味します。 ただし、統計的効果量は大きく、CFM 条件での Vo2peak 減少の程度は 4.4% でした。 参加者の特徴は、私たちの結果と以前の研究の結果の間の矛盾を説明する可能性があります6,20。 以前の研究の参加者には座りがちな患者、女性、高齢の患者が含まれており、彼らの Vo2max は我々の参加者よりも低かった。 さらに、性別と年齢もフェイスマスク着用の影響に影響を与えます23。 私たちの結果は、明らかに健康で体力が高い若い男性は、布製フェイスマスクの着用による悪影響を受けにくい可能性があることを示唆しています。

以前の研究6、20、23と一致して、私たちの結果は、マスクを着用すると運動耐性がわずかに損なわれることを実証し、低抵抗の布製フェイスマスクを使用していても運動パフォーマンスに影響を与えることを示唆しました。 CFM 条件では Vo2peak の大幅な減少は観察されませんでした。 ただし、CFM 条件での Vo2peak の減少は 4.4% でした。 したがって、Vo2peak の低下は、運動耐性の低下によるものである可能性があります。 Driver et al.20 は、Vo2peak とピーク HR が大幅に減少し、運動耐性が損なわれたと報告しました。 したがって、Driver ら 20 と我々の研究が採用した運動プロトコルでは、Vo2peak とピーク HR は、運動耐容能を低下させる要因ではなく、他の要因による運動耐容能の低下に起因する可能性があります 34。

運動耐容能の低下の根底にある潜在的なメカニズムは、マスクフィルターによる呼吸流抵抗の影響に起因すると考えられます。 さらに、デッドスペースが増加したり、運動中に抵抗性トレーニングマスクを着用したりすると、呼吸努力が増加し、呼吸困難が増加し、運動耐性が低下します35、36。 ただし、本研究では、呼吸困難は CFM 条件でより高い傾向がありましたが、その差は統計的に有意ではありませんでした。 私たちは、口腔圧を使用して運動中の抵抗呼吸努力を評価しました。 布製フェイスマスクを使用した場合のより高い呼吸筋活動は、初期の段階では観察されませんでしたが、後の段階では顕著になりました。 これは、気流の増加によって気道内の乱流が増加することに関連している可能性があります。 たとえ血流抵抗がサージカルマスクや N95 マスクよりも低かったとしても、参加者は CFM 状態で高い換気努力をしていたことが推測できます14。 最大限の運動中は、フェイスマスクを着用していなくても、呼吸筋活動の Vo2 が全身 Vo2 のかなりの部分を占め 37、呼吸筋と活動筋の間で血流の競合が発生します 16,17。 運動中の呼吸筋活動の増加または疲労は、呼吸筋誘発性代謝反射を引き起こし、四肢の血管収縮 38 や血流制限 39 を引き起こします。 これは、呼吸筋の働きにより運動パフォーマンスを制限する要因であると考えられています18。

この研究にはいくつかの制限がありました。 まず、参加者は健康な若者でした。 私たちの結果から、布製フェイスマスクは運動パフォーマンスを低下させるが、すべての集団の酸素摂取量には影響を及ぼさないと結論付けるのは性急でしょう。 異なる患者集団や、小児、高齢患者、慢性閉塞性肺疾患患者など、さまざまな呼吸器疾患を持つ患者では、異なる結果が得られる可能性があります。

次に、この研究では、参加者はガス分析用のガス収集マスクをフェイスマスクに接続して運動テストを実行しました。 したがって、ガスサンプリングマスクはより低い流動抵抗を提供しますが、それでも通常のトレーニング中よりも高い呼吸負荷を課します。 したがって、この研究で得られた結果は布製フェイスマスクの効果を過大評価していた可能性があります。

第三に、インピーダンス心電図変数の信頼性を確保するために、60 秒間の平均値を提示し、ガス分析変数についても同じことを行いました。 したがって、データは短期間で取得されたデータよりも機密性が低い可能性があります40。 ただし、30 秒と 60 秒の平均データの間には有意差は確認されませんでした。

最後に、採用された運動プロトコルには速度と傾斜の同時増加が含まれており、これにより早期の筋肉疲労が生じ、Vo2 が最大値に達する前に運動が終了する可能性がありました。 したがって、この研究の Vo2peak は有酸素能力を評価していない可能性があります。 さらに、検証フェーズのテスト41は実行しませんでした。 したがって、Vo2max を検出できませんでした。 これらの制限にもかかわらず、増分トレッドミル走行テストでは、CFM による過換気の障害は Vo2 に与える影響が少ないと結論付けることができます。

倫理委員会の勧告のため、裏付けとなるデータは完全には入手できません。 ただし、この研究の結果を裏付ける計算データの一部は、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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この研究に参加したボランティアの皆様に感謝いたします。 本研究は、科学研究費補助金（C; 20K11334）、日本学術振興会科研費、デサント・石本記念スポーツ科学振興財団の助成を受けて行われました。 英語の編集については Editage (www.editage.com) に感謝します。

大阪教育大学芸術・音楽・体育部門、大阪市、582-8582、日本

Takeshi Ogawa

大阪教育大学教育学部、大阪市、582-8582

Jun Koike & Yuka Hirano

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TO と YH が実験を考案し、設計しました。 著者全員がデータ収集、データ分析、実験結果の解釈に貢献しました。 TOとYHが原稿を書きました。 著者全員が原稿を編集および改訂し、最終版を承認しました。 すべての著者は、作品のあらゆる部分の正確性または完全性に関連する問題が適切に調査され、解決されることを保証するという、作品のあらゆる側面に対して責任を負うことに同意しました。

小川毅氏への返信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

小川、T.、小池、J. & 平野、Y. 一見健康な男性における最大増分ランニング プロトコル中の心肺反応と VO2 に対する布製フェイス マスクの影響。 Sci Rep 12、22292 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-26857-w

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受信日: 2022 年 6 月 3 日

受理日: 2022 年 12 月 21 日

公開日: 2022 年 12 月 24 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-26857-w

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